行为不成熟与童年营养不良有关？《Nature》文章解密其中奥妙

　　

科学家们好奇在性成熟前饥饿处理雄性线虫，为什么会阻碍雄性个体的青春期？今天，一项由国家卫生研究院资助的研究发表了《Nature》文章，科学家们提出，在性成熟前几天，饥饿压力改变了关键神经回路的布线方式，从而导致成年雄性线虫表现为不成熟。

“我们发现，环境压力会永久和深刻地影响发育过程中神经系统的连通性，”哥伦比亚大学生物科学教授、这篇《Nature》文章通讯作者Oliver Hobert博士说。

Oliver Hobert实验室致力于研究秀丽隐杆线虫的神经系统，此前，他们已经阐明了雄性线虫性成熟相关遗传重编程和部分神经电路布线模式重塑形，以及与它们的雌雄同体交配伙伴的区别。

在新研究中，实验室的研究生Emily Bayer发现，在性成熟前，给线虫施加压力，特别是饥饿压力，会中断雄性线虫的重布线程序，使线虫成年后留下不成熟的神经电路。结果表明，导致这种压力反应的部分原因在于5-羟色胺，据了解这种分子也是人类抑郁症相关神经递质。

“研究基因和环境如何塑造神经系统，对理解神经回路如何崩溃从而引起各类神经疾病至关重要，”美国国立卫生研究院神经病学和中风研究所（NINDS）项目主任Jill Morris说。

起初，Bayer不小心让一些线虫处于无人照料几个星期，结果导致这些忍饥挨饿的线虫正常生长停止，进入科学家们称之为的“dauer状态”。“基本上，如果未成年幼虫感知到任何形式的压力，它们就会暂时停止生长数月，压力过后再重新开始成长，”Hobert博士说。“生长过程中的暂时冻结被称为dauer状态。”

随后，Bayer把线虫放回正常环境，让它们长大成虫，但是，在检查应激后线虫神经系统之后，她注意到一些不寻常的东西。通常雄性成熟过程中，尾部的部分神经元连接会被消除或修剪，相反，幼年成长环境紧张的线虫仍保留着未成熟的连接。随后实验表明，这完全是由饥饿造成的，与其他压力形式无关（如高温），饥饿让线虫进入dauer状态。

“我们被惊讶到了，事实上，我们从来没想过把线虫饿一饿能有什么用，”Bayer说。“直到发现了神经回路差异，我才意识到压力可以重新绘制神经电路图。”

她还发现，在性成熟之前的饥饿导致雄性成年线虫这些回路控制下的行为不成熟。与正常成年雄虫相比，应激性线虫对SDS有毒化学物质高度敏感，它们倾向主动远离SDS，而正常雄虫几乎没有反应。应激性线虫也面临交配问题，具体地说，它们与雌雄同体线虫伴侣的相处时间比正常雄虫短。

进一步实验表明，电路修剪受到5-羟色胺和章鱼胺（octopamine）——无脊椎动物神经系统中普遍存在的微量神经递质（相当于人类决策“战斗或逃跑”神经递质去甲肾上腺素的化学表亲）影响。饥饿的线虫生产异常高量的章鱼胺，阻止了5-羟色胺生产。对未成年线虫进行饥饿处理，同时给与5-羟色胺，神经电路剪接恢复正常，成年后对SDS也不再过度敏感。相反，在未成年雄性线虫饮食中加入章鱼胺直接阻碍了电路修剪。

这些结果表明，压力可能也会在早期发育阶段破坏人类神经系统。“这是个棘手的研究领域，我们很难确定人类等其他具有复杂神经系统的动物的这种差异变化。不管怎么说，线虫是如此简单和易于研究，所以我们才能提供详细的原理证明，”Hobert博士说。
 
目前他的实验室参与了一个名为CeNGEN的全国性项目，旨在绘制秀丽隐杆线虫神经系统中每个神经元的遗传活动。

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原文检索：Past experience shapes sexually dimorphic neuronal wiring through monoaminergic signaling

（生物通：伍松）